2023-2024学年高中物理人教版2019 选择性必修第二册课后习题 第1章 4　质谱仪与回旋加速器 含答案

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4
　
质谱仪与回旋加速器
必备知识基础练
1.如图所示,回旋加速器是加速带电粒子的装置,其主体部分是两个 D形金属盒。两金属
盒处在垂直于盒面的匀强磁场中,a、b分别与高频交流电源两极相连接,下列说法正确
的是(
　　
)
A.粒子从磁场中获得能量
B.带电粒子的运动周期是变化的
C.粒子由加速器的中心附近进入加速器
D.增大金属盒的半径,粒子射出时的最大动能不变
2.如图所示,一个静止的质量为 m、电荷量为 q的粒子(重力忽略不计),经加速电压 U加
速后,由O点垂直进入磁感应强度为 B的匀强磁场中,粒子打到 P点,若OP=x,则(
　　
)
A.x与U成正比
B.x与U成反比
C.x与
❑
√
U
成正比
D.x与
❑
√
U
成反比
3.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,它的构造原理如图所示,离
子源 S产生一个质量为 m、电荷量为 q的正离子,离子产生出来时的速度很小,可以看作
静止的,离子产生出来后经过电压 U加速,进入磁感应强度为 B的匀强磁场,沿着半圆运
动而达到照相底片 P上,测得它在 P上的位置到入口处 S1的距离为 x,则下列说法正确的
是(
　　
)
A.若某离子经上述装置后,测得它在 P上的位置到入口处 S1的距离大于 x,则说明离子的
质量一定变大
B.若某离子经上述装置后,测得它在 P上的位置到入口处 S1的距离大于 x,则说明加速电
压U一定变大
C.若某离子经上述装置后,测得它在 P上的位置到入口处 S1的距离大于 x,则说明磁感应
强度 B一定变大
D.若某离子经上述装置后,测得它在 P上的位置到入口处 S1的距离大于 x,则说明离子所
带电荷量 q可能变小
4.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,其示意图如图所示,其中加速电压恒定。
质子在入口处从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种
一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同
一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的 12 倍。此离子和质子的质量比约为(
　
)
A.11 B.12 C.121 D.144
5.有一回旋加速器,它的高频电源的频率为 1.2×107 Hz,D 形盒的半径为 0.532 m,求加速
氘核时所需的磁感应强度为多大?氘核所能达到的最大动能为多少?(氘核的质量为
3.3×10-27 kg,氘核的电荷量为 1.6×10-19 C)
关键能力提升练
6.质谱仪原理如图所示,a为粒子加速器,电压为 U1;b为速度选择器,磁场与电场正交,磁
感应强度为 B1,板间距离为 d,c为偏转分离器,磁感应强度为 B2。今有一质量为 m、电荷
量为 e的正粒子(不计重力),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做
匀速圆周运动。求:
(1)粒子的速度大小 v;
(2)速度选择器的电压 U2;
(3)粒子在 B2磁场中做匀速圆周运动的半径 R。
7.回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器,其核心部分是两个
D形金属扁盒,两盒分别和一高频交流电源两极相接,以便在盒内的狭缝中形成匀强电场,
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